Bewegung der Erde

Für die Beobachtung von Himmelskörpern von der Erde aus, für Erdbeobachtungen durch Satelliten, für die Satellitennavigation, für Raketenstarts und andere Anwendungen ist es notwendig, für jeden Moment die Lage der Erde im Weltraum zu kennen. Die komplizierte Gesamtbewegung der Erde wird in verschiedene Bewegungen aufgeteilt, die durch die Erdorientierungsparameter (EOP) beschrieben werden. Mathematisch gesehen sind die EOP Transformationsparameter zwischen dem erdfesten Bezugsrahmen (International Terrestrial Reference System, ITRS) und dem Himmelskoordinatensystem (International Celestial Reference System, ICRS).

Gegenüber ihrer Achse taumelt der Erdkörper um mehrere Meter, teils periodisch, teils irregulär. Dies wird durch zwei rechtwinklige Koordinaten x und y, die sogenannten Polkoordinaten, beschrieben. Sie geben die Lage des Rotationspols gegenüber dem erdfesten Bezugsrahmen an.

Die Bewegung des Rotationspols der Erde seit 1999. Die Polkoordinaten werden in Bogensekunden (arcsec) angegeben, wobei einer Bogensekunde etwa 30 m auf der Erdoberfläche entsprechen.

Die Drehung der Erde um ihre Achse wird durch den Parameter Universal Time (Weltzeit, UT1) angegeben. Die veränderliche Rotationsgeschwindigkeit der Erde lässt sich auch durch die Tageslänge (Length of Day, LOD) ausdrücken. Sie gibt an, um wie viele Millisekunden der aktuelle Tag von 24 Stunden abweicht.

Außerdem bewegt sich die Rotationsachse der Erde gegenüber dem raumfesten Bezugsrahmen. In etwa 26.000 Jahren beschreibt sie einen Kegel, der mit dem Parameter Präzession dargestellt wird, und schwankt zudem hin und her, was durch die Nutation beschrieben wird.

Die unregelmäßige Bewegung der Erde wird durch verschiedene Faktoren beeinflusst. Zum einen folgen Schwankungen aus der unregelmäßigen Form der Erde und der ungleichmäßigen Verteilung ihrer Massen. Auf der Erde gibt es außerdem ständig Verschiebungen von Massen durch Wetter und Klimaschwankungen, durch Meeresströmungen, Gletscherschmelzen u. a. Sonne und Mond wirken durch ihre Anziehung auf die Erdbewegung. Der Mond bremst infolge der Gezeiten die Erddrehung ab.

Die Kombination verschiedener Beobachtungsergebnisse zu international gültigen EOP-Reihen ist die Aufgabe des International Earth Rotation and Reference Systems Service (IERS). Eine weitere Aufgabe des IERS ist die Festlegung von Schaltsekunden, welche die bürgerliche Zeit an die langsamer werdende Erdrotation anpassen. Damit werden in unregelmäßigen Abständen die Uhren de facto für eine Sekunde angehalten, so dass sich die bürgerliche Zeit UTC immer um weniger als eine Sekunde vom Erdorientierungsparameter UT1 unterscheidet.